農村生活污水處理現狀分析及對策探討

朱益萍

(上海市青浦區白鶴水務管理所,上海 201709)

隨著我國農村經濟的快速發展和農村供水系統的日趨完善,農村人均用水量逐漸上升,面臨的污水處理壓力也不斷增大。住房和城鄉建設部發布的《2020年城鄉建設統計年鑒》顯示,2020年我國農村常住人口為67529.59萬人,農村年生活用水量達19.14億m3,全國建制鎮和鄉的生活污水處理率分別為60.98%和21.67%[1]。我國農村生活污水處理率較低,與建設美麗鄉村目標仍存在一定差距。若將未處理的農村生活污水直排到周邊水體,易造成環境污染,進而威脅農村居民健康。開展農村生活污水治理工作,是提升農村人居環境的落腳點,也是實施鄉村振興戰略的著力點。

近年來,我國不斷加大農村生活污水整治力度,并將農村生活污水處理工作作為打好污染防治攻堅戰的重要任務之一。在各項國家政策的指導下,我國逐步完善農村生活污水頂層設計,農村人居環境面貌整體向好發展。隨著農村生活污水處理工作的全面鋪開,一些不足也暴露出來,主要集中在污水處理技術的選擇、污水處理設施的運行管理以及污水排放標準的制定等方面,成為了制約農村生活污水處理工作的關鍵因素。

為進一步鞏固農村水環境治理成效,全面提升農村人居環境質量,有必要對農村污水處理現狀進行綜合探討。本文梳理近年來農村生活污水處理研究動態,闡述我國農村生活污水處理現狀,分析農村生活污水處理運行過程中存在的主要問題,提出適用于現階段的農村生活污水治理策略,旨在為補齊農村生活污水處理短板、提升農村水環境治理水平、改善農村人居環境提供決策支撐。

1 我國農村生活污水處理現狀

1.1 農村生活污水特點

我國農村生活污水主要來自廚房用水、洗滌用水和廁所用水等,具有水質不穩定、水量波動、排放點較為分散等特點[2]。按污染源可分為黑水和灰水,農村生活污水中的氮、磷主要來自黑水[3]。相對于城市規劃布局,村民居住區域分散,管網建設不足,易造成農村生活污水收集率不高,在一定程度上制約著當地農村污水處理。與城市生活污水不同,由于農村人口高度分散的特點,農村生活污水很難通過管道系統收集和集中處理[2]。另外,大多數農村生活污水系統的處理能力相對有限,生活污水處理率較低。

由圖1可知,受各地區經濟發展水平、地理條件等影響,我國各地區農村生活污水處理水平相差較大。如:華東地區經濟發展具有一定優勢,鎮和鄉的生活污水處理率較高;東北地區和西北地區受到經濟發展水平限制,加之氣候條件、生活習性等原因,農村生活污水處理率偏低。我國現階段農村生活污水處理率與提出的“2025年農村生活污水處理率提高到40%”的規劃目標尚有差距[4]。由此可見,加強農村生活污水處理尤為迫切。

圖1 2020年我國各省份建制鎮、鄉污水處理率(數據來源:《2020年城鄉建設統計年鑒》)

1.2 農村生活污水處理技術

目前,我國農村生活污水處理技術較多,主要分為生物處理技術、生態處理技術和生物-生態組合處理技術三大類[5]。其中,生物處理技術包括厭氧-好氧組合(A/O、A2/O等)法、生物濾池法、序批式活性污泥(SBR)法等[6]。生態處理技術包括穩定塘、人工濕地、土地滲濾和蚯蚓生物濾池等。生物-生態組合處理技術則根據不同處理需求,合理采用多種工藝組合,充分利用不同工藝的處理優勢處理污水[7]。不同處理技術特點見表1。

表1 農村生活污水不同處理技術[8-12]

不同處理技術具有各自的優勢及不足,例如:生物處理技術可降低污水中污染物的濃度,生態處理技術運行簡單且操作成本較低,生物-生態組合處理技術出水穩定。隨著我國逐步重視農村生活污水處理工作,對農村生活污水處理設施運行及出水排放要求進一步提高,單一的處理工藝難以滿足當地環保要求,應用程度較低,生物-生態組合處理技術使用較為廣泛。

2 農村生活污水處理存在的問題

2.1 污水處理技術選取不合理

我國地域廣袤,各地域之間差異較大,農村生活污水處理技術的選擇受到地區經濟發展水平、自然環境、人口密度、污水產生量的限制。東北地區低溫時間長,若采用生物處理技術,冬季不利于微生物對污染物的降解作用;對于西北經濟欠發達的地區,若采用生物-生態組合工藝,設施建設和運行產生的高費用,一定程度上增加了當地的經濟負擔[4];中部地區農村污水處理時忽略現有的陡坡或池塘等地形優勢,棄用生態或生物-生態組合處理技術,不符合“因地制宜”的設計原則。同時,部分項目在前期編制可行性研究報告或設計方案時,未充分考慮當地村民需求及人口流動性,處理設施設計能力與實際污水量相差較大,導致污水處理效率較低。在農村生活污水處理技術選擇時,盲目照搬常規的設計工藝,忽視當地農村的生活習慣及實際情況,難以保障農村污水處理工作的長期性及穩定性。

2.2 處理設施運行維護不規范

據統計,我國農村污水處理設施建設超過50萬處,且每年新建的污水處理設施仍在增加,一定程度上提高了農村生活污水處理率[13]。但由于處理設施分散、運行維護不規范,導致建成的污水處理設施運行效果不佳,無法切實改善農村水體環境。面對農村生活污水處理重建設、輕管理的困境,處理設施的運行監管成為污水處理是否達標的制約因素。目前,農村生活污水處理設施的運營模式有村民自營、建設單位運營、第三方運營等,其中委托第三方公司管理的運營模式較為常見[14]。但由于各地的經濟發展水平存在差異,用于污水處理設施運行的專項資金有限,運營人員不足,加之設施多且分散,運營人員需管理多個污水處理設施,難以確保污水處理設施正常運行維持設施運行的有效監管。另外,部分處理設施現場運維人員缺乏專業知識,不能及時識別污水處理的異常問題,這也是造成農村生活污水處理率低的原因之一。

2.3 排放標準制定不科學

對于農村生活污水的時效性而言,其排放標準與處理設施的覆蓋面同樣重要。2018年9月,生態環境部、住房和城鄉建設部聯合發布了《關于加快制定地方農村生活污水處理設施水污染物排放標準的通知》,要求各地按照地理位置、人口密度及污水產生規模等,結合尾水排放去向及受納水體的類型,合理選取污染物控制指標及明確排放限值[15]。一方面,從尾水排放去向方面來看,農村生活污水處理后主要是達標直接排放和資源化利用。與直接達標排放相比,資源化利用是將尾水中的氮、磷資源變廢為寶,結合當地的農業生產可實現尾水資源化利用。僅對照直接達標排放的出水標準,控制總磷、總氮的排放限值,尾水資源化利用也會失去意義。另一方面,由于我國尚未出臺統一的農村生活污水處理排放標準,各地出臺的標準中忽視地理位置的差異性,例如:東北地區、西南地區的氣候、居民生活習慣和經濟發展水平與華北地區、東南地區相差較大,制定過高的排放標準,在一定程度上增加了當地農村污水治理壓力,不利于農村污水治理工作的持續開展。

3 農村生活污水處理對策

3.1 因地制宜選擇污水處理技術

農村生活污水處理應按照因地制宜、就近處理、生態循環的設計原則,堅持問題導向,合理選取低成本、高效率的處理技術。建設前期開展詳細調研,綜合當地的經濟水平、常住人口、污水產生量、排水系統類型等因素,選擇可操作、可長期運行的處理技術。考慮地理位置及氣候因素,南北地區選取的污水處理技術的依據也不同,如:東北地區,低溫時間長,若采用生物處理技術,微生物活性低易造成處理效果不佳[16];以西南地區貴州為例,當地管網建設面薄弱,收集到的污水水量波動大、水質指標偏低,宜采用A2O工藝;對于西北干旱地區,污水產生量相對較少,可結合當地實際情況考慮污水資源化處理;東南地區可優先考慮生物處理技術。另外,對于不同污染程度的農村生活污水,在常規的處理技術無法達到排放標準的前提下,可根據當地實際情況進行新技術的開發。Li et al.[17]采用反硝化-微生物降解-濕地吸收系統處理農村生活污水,該技術出水穩定,污水脫氮除磷效果較好。張克等[18]利用厭氧/好氧生物接觸氧化工藝耦合微生物燃料電池技術處理農村生活污水,結果表明,該技術應用后污水中COD的去除率提高了8.52%,總氮去除率提高了23%,懸浮物的去除率提高了23.2%。

3.2 建立穩定長效運維管理機制

加快污水處理設施由“重建設輕管理”向“建設與管理并重”的轉變,逐步完善農村地區生活污水處理運行維護管理機制。按照“政府監管,建設方和運營方實施規范,村民監督”的基本思路,制定合理的農村生活污水處理工作的管理機制。相關政府管理部門方面,加強監管力度和范圍,拓寬多方式的監管渠道,結合現場監測和數字化智能設備在線監測方式,實時掌握設施處理出水數據,保障污水處理工作可持續。建設和運營單位方面,建設單位重視前期調研工作,因地制宜開展處理設施的建設工作,綜合選擇最佳技術方案。運營單位方面,不斷提升維護隊伍的專業性,建立處理設施的問題診斷及解決的主動響應機制,降低運營成本,提高運行效率。村民方面,加大污水處理工作宣傳力度,普及污水處理相關知識,不斷提高村民環保意識,引導村民積極參與到農村污水處理工作中,發揮村民在污水處理及設施養護過程的配合作用。

資金方面,通過制定優惠政策,引入具備資金實力和技術能力的第三方共同參與到農村生活污水處理工作中,既要保持農村污水處理項目的公益屬性,也要滿足第三方的經濟要求。要考慮將運行維護管理費用納入地區財政預算,或采取村民付費和財政共同分擔的辦法,保障設施運行維護過程中的資金支出。

同時,面對農村生活污水處理設施分布廣的局面,鼓勵運營管理方利用數字化技術的優勢,建立具有水質監測、數據管理、故障預警等多功能的農村生活污水智慧運維平臺,實現對多個設施乃至整個片區的污水處理監管。

3.3 科學制定污水處理排放標準

結合各地農村生活環境建設目標、受納水體的功能要求等,合理制定農村污水處理排放標準。由于我國部分地區經濟發展水平不同,加之各地區的水環境負荷壓力不同,對于污水處理排放的管控力度也不同。相對于西部地區,東部沿海地區的經濟基礎和社會基礎具有一定的優勢,能夠達到高出水標準的處理要求。

針對不同類型受納水體,污水排放標準可靈活選擇,如周邊為水源保護區的地區,排放標準應按照高標準、高要求制定。除此之外,排放標準的制定也應考慮污水處理規模。對于幾個周邊村合建的污水處理設施,由于污水處理量較大,可參照較為嚴格的排放標準;對于污水產生量較少的處理設施,參照的排放標準可相應降低。同時,排放標準中所選定的控制指標,建議根據當地農業生產特點,綜合研判排放水體中的指標限制范圍。若經處理的農村生活污水用于農業灌溉、種樹、漁業養殖等用途,可適當降低排放標準及放寬出水氮、磷指標控制范圍,以實現對污水中氮、磷的資源化利用。

4 展 望

隨著我國鄉村振興戰略實施工作的穩步推進,農村生活污水處理工作取得了顯著成效。但同時也要看到由于城鄉發展存在一定差距,農村生活污水處理水平仍有待提高。“十四五”期間,要持續推進美麗鄉村的建設,營造農村宜居的生態環境,彌補當前農村污水處理工作的短板,不斷完善污水處理工作的運行模式,為我國農村污水處理工作提供有力的技術支撐。為此,基于眾多學者的研究成果,可從以下兩個方面進一步提升污水治理水平:

a.統籌規劃農村生活污水資源化利用模式。結合不同地區的實際情況,加強農村環境治理工作的頂層設計,統籌規劃農村生活污水治理、垃圾處理及農業面源污染治理工作,發揮各項治理工作的聯動作用,提高整體環境治理水平。以資源化利用為導向,對于采用堆肥工藝的農村垃圾處理工作,充分利用生活污水中的氮、磷等物質,以達到相應碳氮比要求,將堆肥產生的有機肥代替部分肥料應用于農業生產中,減少化肥的施用量,在一定程度上緩解農業面源污染防治工作的壓力。推進污水處理、農村垃圾、面源污染防治工作的有機結合,不僅可實現減污降碳協同增效,也能促進農村產業結構的綠色環保轉型。

b.建立健全的農村生活污水處理評價體系。在鼓勵各地區污水處理技術創新的同時,為全面掌握現行污水處理設施的處理效果及養護情況,改變現階段重建輕管的現狀,有必要對已建成的污水處理設施從經濟、環境及管理等角度,綜合評價農村污水處理工作的有效性,選取代表性評價指標,通過科學的分析方法逐步建立適應性強、可操作的污水處理評價體系,不斷優化調整污水處理技術路線,以實現優化污水處理設施建設布局、高效選擇污水處理方案的目的。